Erdreichsonden

Da Gebäude auch nach den Vorgaben und Anforderungen der Energieeinsparverordnung (EnEV) errichtet werden müssen, spielt nicht nur die Reduzierung der jährlichen Heizarbeit eine Rolle, sondern es besteht unter sommerlichen Außenbedingungen auch ein Kühlbedarf. Der Planer wird vor die Aufgabe gestellt, die normalen Büro- oder Wohngebäude entweder mit einer konventionellen Raumlufttechnik zu kühlen und damit erhebliche Anlagen- und Betriebsmehrkosten zu verursachen oder auf neue Technologien zu setzen. Der Primärenergiebedarf zur Kühlung kann überwiegend "frei" genutzt werden.

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Zu den neuen Technologien zählen die unterschiedlichen Erdsonden, die primär als Kaltwasserquelle und Kühlsystem verwendet und beispielsweise zur Bauteilkühlung eingesetzt werden. Die Deckenkühlsysteme leisten auch bei geringen Temperaturdifferenzen eine erhebliche Kühlleistung. Weil solche Systeme mit sehr geringen Temperaturdifferenzen arbeiten, bieten sich zur Wärmeerzeugung und ggf. auch zur unterstützenden Kaltwassererzeugung Wärmepumpen an, die unter diesen Temperaturbedingungen gute Leistungszahlen erreichen.

In den neueren technische Regeln werden die Anforderungen und die Dimensionierung der Betonaktivierung sowie die Anforderungen an Erdsonden beschrieben. Das Regelwerk reicht allerdings zur Dimensionierung der Heiz- und Kühlanlagen nicht aus. Zur Auslegung der Erdwärmesonden bzw. Erdkältesonden ist die Kenntnis des thermischen Verhaltens der Sonden, der Wärmeleitfähigkeit und der volumerischen Wärmekapazität des Erdreichs erforderlich. Hierzu werden in der Regel Simulationsrechnungen genutzt. Der Anwender geht ein großes Risiko ein, wenn er die Richtwerte aus der VDI 4640 zugrunde legt, da die realen Werte in der Praxis erheblich von den Richtwerten abweichen können. Als Folge würde sich für die speicherwirksame Erdmasse auf jeden Fall eine unausgeglichene Energiebilanz ergeben, wodurch letztlich permanente Aufheizungen oder Auskühlungen resultieren können. Der Zusammenhang zwischen Leistung und mittlerer Temperaturdifferenz hinsichtlich Energiequelle und Umgebung lässt sich für einfache geometrische Formen der Wärmequelle, d.h. Punkt, Linie, Band, Scheibe, etc., analytisch nach der "Quellentheorie" berechnen.

Mittlerweile werden neben den Rohr-in-Rohr und U-Rohr-Sonden auch andere Bauformen von Erdwärmesonden angeboten, die beispielsweise aus einem spiralförmig gewendeltem Rohr bestehen. Diese Bauformen, deren Anwendungen im kleineren und mittleren Leistungsbereich liegen, verringern u.a. die Kosten der Bohrungen.

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